¹²⁹Xe是一种无毒无害的气体,对化学环境敏感,且超极化¹²⁹Xe具有较高的磁共振灵敏度,因此其在生物医学领域有巨大的应用价值。但是超极化¹²⁹Xe直接作为分子探针存在无靶向性的缺点。利用一种与¹²⁹Xe具有较高亲和力的笼状化合物穴番作为¹²⁹Xe的主体分子,对笼状化合物穴番进行功能化的修饰,可以赋予¹²⁹Xe靶向性。本文在前人的研究基础上,设计合成了一系列功能化的穴番化合物,然后利用超极化¹²⁹Xe磁共振、光谱等手段较为详细的研究了各化合物的性质。其中部分性质良好的化合物,可作为分子探针实现对生物活性物质的特异性探测。主要研究内容及实验结果包括以下几部分:1.构建了可特异性识别硫醇的穴番化合物。该化合物由三部分组成:¹²⁹Xe磁共振报告单元穴番、荧光报告单元萘酰亚胺、可对硫醇响应的二硫键。硫醇在生命活动中扮演着重要的角色,因此实现对其高灵敏的探测具有十分重要的意义。我们所构建的化合物对硫醇显示出了较高选择性,并且在较宽pH范围内的稳定性良好,可在细胞内实现对硫醇的检测。我们分别用荧光以及¹²⁹Xe磁共振的方法实现了对细胞内硫醇的检测。本研究工作发展了一种检测细胞内硫醇的方法,利用超极化技术实现了对细胞内硫醇的高灵敏检测。2.构建了一种硫醇响应的穴番药物监测系统。该药物监测系统由四部分组成:¹²⁹Xe主体分子穴番、荧光报告单元萘酰亚胺、可对硫醇响应的二硫键、以及抗癌药物苯丁酸氮芥。该化合物对硫醇显示出了较高的选择性,在硫醇的作用下,可缓慢的释放出苯丁酸氮芥。我们利用荧光以及¹²⁹Xe磁共振的方法对药物的释放过程实施监测,两种方法所得结果一致。苯丁酸氮芥在癌细胞中被有效释放,对肺癌细胞显示出一定的杀伤作用。本研究工作提供了一种药物监测系统的设计方法,首次将¹²⁹Xe磁共振应用到药物的释放监测中。3.构建了一种小分子多功能穴番化合物。该化合物由两部分组成:¹²⁹Xe主体分子穴番、具有多种功能的卟啉基团。该化合物在较宽pH范围内可对pH的变化做出高灵敏的响应,并且在细胞中也可对pH的变化做出响应。在生理条件下该化合物能通过光照产生单线态氧,有用于光动力学治疗的潜力。激光共聚焦实验证明了该化合物对癌细胞有较好的靶向性。因其荧光较强,发射波长较长,能有效用于活体荧光成像。